STRUČNO USAVRŠAVANJE

OVLAŠTENIH ARHITEKATA I OVLAŠTENIH INŽENJERA

XVIII. tečaj 13. i 14. veljače 2015.

TEMA:

" EVAPORATIVNO HLAĐENJE "

Autori:

prof. dr.sc. IGOR BALEN, dipl.ing.strojFakultet strojarstva i brodogradnje, Zagrebmr.sc. IVAN CETINIIĆ, dipl.ing.stroj

2

EVAPORATIVNO HLAĐENJE

Evaporativno hlađenje je proces koji koristi isparavanje tekuće vode za neposredno ili posrednohlađenje struje zraka, tako da krajnja temperatura (suhog termometra) struje zraka ili temperaturesuhog i vlažnog termometra struje zraka koja se hladi, budu niže od vrijednosti prije provođenjaevaporativnog procesa.

Sustav klimatizacije s evaporativnim hlađenjem je onaj sustav u kojem se više od 50 % ukupnograshladnog učinka kroz godinu dobije evaporacijom.

Tri osnovne vrste procesa evaporativnog hlađenja su:(1) direktno evaporativno hlađenje(2) indirektno evaporativno hlađenje(3) indirektno-direktno (dvostupanjsko) evaporativno hlađenje

Prednosti sustava evaporativnog hlađenja uključuju:• Znatne energetske i materijalne uštede• Smanjenje vršne potrebe za energijom• Poboljšanje kvalitete unutarnjeg zraka• Iskoristivost troškova tijekom vijeka trajanja• Jednostavnu ugradnju u postojeće sustave• Dostupnost raznovrsne opreme• Jednostavno održavanje• Ovlaživanje i odvlaživanje, prema potrebi• Upotrebu direktne digitalne regulacije• Smanjenje emisije štetnih tvari u okoliš• Nekorišenje freona (CFC, HCFC).

Nedostaci evaporativnog sustava u usporedbi s konvencionalnim hlađenjem:• Potrošnja vode• Povišenje sadržaja vlage zraka u prostoru• Povećanje broja izmjena zraka• Nemogućnost precizne regulacije temperature i vlažnosti zraka• Mogući problemi s razvojem mikroorganizama zbog nečiste vode ili neodržavanja

DIREKTNO EVAPORATIVNO HLAĐENJE

U procesu direktnog evaporativnog hlađenja voda ishlapljuje neposredno u struji zraka,smanjujući temperaturu suhog termometra uz povećanje vlažnosti zraka.Uređaji s direktnim ishlapljivanjem hlade zrak neposrednim dodirom s vodom slijevanjem prekovelike ovlaživane površine (kao u kompaktnim hladnjacima zraka) ili raspršivanjem pomoćusapnica (kao u uređajima za pranje zraka).U procesu direktnog evaporativnog hlađenja obično se koristi recirkulacija vode radi uštede vode,što je često isplativije od protočnog sustava. Tijekom korištenja, temperatura recirkulirajuće vodese postupno približava temperaturi vlažnog termometra hlađenog zraka. Recirkulacija zraka se nekoristi.

3

1

2

s

1

2

s

Slika 1. Direktno evaporativno hlađenje – princip

Slika 2. Direktno evaporativno hlađenje – proces

Ovlaživanapovršina

Zrak

Sabirnaposuda

Cirkulacijska pumpa

Ohlađenizrak

4

sdz tt

tt

1

21

)( 21, ttcAwQ paaaadev

Za ocjenu djelovanja evaporativnog hladnjaka s neposrednim ishlapljivanjem vode u struji zrakakoristi se učinkovitost direktnog zasićenja:

t1 – temperatura suhog termometra zraka na ulazu u evaporativni hladnjak s neposrednimishlapljivanjem [ºC]t2 – temperatura suhog termometra zraka na izlazu iz evaporativnog hladnjaka s neposrednimishlapljivanjem [ºC]ts – temperatura vlažnog termometra ulaznog zraka [ºC]

Ako su ulazna temperatura t1 i učinkovitost εdz poznati, izlazna temperatura ohlađenog zraka t2 semože odrediti iz h,x dijagrama.Učinkovitost direktnog zasićenja ovisi o sljedećim faktorima:• nastrujna brzina zraka wa [m/s] – veća brzina smanjuje učinkovitost, ali povećava rashladni učinak evaporativnog hladnjaka• omjer masenog protoka voda-zrak mw/ma – veći omjer povećava učinkovitost, jer ukazuje na povećanje kontaktne površine između vode i zraka• oblik ovlaživane površine – veća površina i dulje vrijeme kontakta vode i zraka povećavaju učinkovitost.

Učinak direktnog evaporativnog hlađenja može se odrediti iz izraza:

[W]

wa – nastrujna brzina zraka u svijetlom presjeku klima jedinice [m/s]Aa – nastrujna površina evaporativnog hladnjaka [m2]

Učinkovitost direktnog zasićenja za evaporativne hladnjake s neposrednim ishlapljivanjem krećese u rasponu od 0.80 do 0.95.Budući je zrak u neposrednom dodiru s vlažnom površinom, direktno evaporativno hlađenjeprovodi i određeno pročišćavanje zraka. No ako hlađeni zrak sadrži više prašine ili drugih čestica,potrebno je koristiti dodatni filter kako bi se spriječilo začepljivanje ovlaživane površine ilisapnica za raspršivanje vode.Za upotrebu u komfornoj klimatizaciji brzina nastrujavanja zraka treba biti do 3.0 m/s da bi sespriječilo prenošenje kapljica vode niz struju zraka. U suprotnom treba ugraditi eliminatorkapljica, što povećava pad tlaka na strani zraka.Direktno evaporativno hlađenje je jednostavno i relativno jeftino, a nedostatak mu je da, ako jetemperatura vlažnog termometra zraka u prostoru veća od 21°C, rashladni učinak obično nijedovoljan za komforno hlađenje unutarnjeg prostora; međutim, tada hlađenje može bitizadovoljavajuće za manje zahtjevne primjene (npr. za staklenike, industrijsko hlađenje i sl.)

5

(a) (b)

Slika 3. Izvedbe direktnog evaporativnog hladnjaka(a) evaporativni blok; (b) čvrste stijenke

Ostali parametri koje treba uvažiti kod procjene pogonskih svojstava direktnog evaporativnoghladnjaka su:• potrošnja svježe vode [l/h po m3 ohlađenog zraka]• pad tlaka na strani zraka [Pa].

Evaporativni blok. Uglavnom se izrađuje od vlakana bijele topole debljine 50 mm, uz potrebnukemijsku pripremu i aditive za povećanje ovlaživosti i sprječavanje razvoja mikroorganizama, iliod apsorpcijskih plastičnih vlakana, odnosno opjene. Evaporativni blokovi se ugrađuju upomične okvire od pocinčanog čeličnog lima ili plastike.Izvedba bloka zahtjeva relativno niske brzine strujanja zraka (do 1.3 m/s). U samostalnomevaporativnom hladnjaku s neposrednim ishlapljivanjem u koji je ugrađen centrifugalniventilator, evaporativni blokovi se često ugrađuju na tri stranice kućišta ventilatora radipovećanja nastrujne površine (slika 4).Komercijalni hladnjaci zraka s različitim materijalima rade s učinkovitošću od približno 80% teiz zraka uklanjaju čestice veličine 10 µm i veće.Standardni direktni evaporativni hladnjaci kanalske izvedbe proizvode se u veličinama od 7.500do 30.000 m3/h.

Cijevi za vodu

Posuda zavodu

Posuda zavodu

Evaporativniblok

ZrakOhlađeni

zrak

Ohlađenizrak

Zrak

Voda

6

Slika 4. Izvedba s ventilatorom i evaporativnim blokovima na tri strane

Čvrste stijenke. Izrađuju se iz čvrstih valovitih ploča od plastike, impregnirane celuloze ilistaklenih vlakana. Najčešće imaju vodoravne kanale za strujanje zraka i okomite kanale niz kojese slijeva voda, koji se križaju između dviju valovitih ploča. Uobičajena ugradbena dubina medijau smjeru strujanja zraka je 300 mm. Podnose veće brzine strujanja (2 do 3 m/s), uz manji padtlaka zraka (25 Pa) u usporedbi s evaporatvnim blokom. Također, imaju nešto veću učinkovitostdirektnog zasićenja (do 95%).Evaporativni hladnjaci zraka s čvrstim stijenkama se proizvode za velike protoke zraka i do1.000.000 m3/h.

Slika 5. Izvedba s čvrstim stjenkama ovlaživanim vodom

STRUJANJE ZRAKA

STRUJANJE ZRAKA

SUSTAV DISTRIBUCIJEVODE

POSUDA ZA VODU

EVAPORATIVNI BLOKOVI (na 3 strane)

ELEKTROMOTOR

PUMPA ZARECIRKULACIJU VODE

RAZINA VODEVENTIL S PLOVKOM

PRELJEV I ISPUST VODE

VENTILATOR

SUSTAV DISTRIBUCIJEVODE

POSUDA ZA VODU

EVAPORATIVNI BLOKOVI (na 3 strane)

ELEKTROMOTOR

PUMPA ZARECIRKULACIJU VODE

RAZINA VODEVENTIL S PLOVKOM

PRELJEV I ISPUST VODE

VENTILATOR

7

Dobro projektiran direktni evaporativni hladnjak može smanjiti potrebu za električnom energijomi potrošnju rashladnog sustava za 10 do 30%.

INDIREKTNO EVAPORATIVNO HLAĐENJE

U indirektnom evaporativnom hladnjaku vanjski zrak ili povratni zrak iz klimatiziranog prostoraprolazi s jedne strane izmjenjivača topline i taj se zrak (sekundarna struja) hladi ishlapljivanjem,a primarna struja zraka (klimatizirani zrak koji se dobavlja u prostor) se hladi osjetno (posredno)preko površina izmjenjivača topline.

Slika 6. Indirektno evaporativno hlađenje – princip

Dobavni (primarni) zrak može biti vanjski zrak, optočni zrak iz prostora ili mješavina tih dvijustruja. Sekundarni zrak može biti vanjski ili optočni zrak, ovisno o tome koji ima nižutemperaturu vlažnog termometra.Iskoristivost indirektnog evaporativnog hlađenja je povezana sa snižavanjem temperature vlažnogtermometra sekundarnog zraka ispod temperature suhog termometra ulaznog primarnog zraka.Izlazna temperatura suhog termometra primarnog zraka uvijek je iznad ulazne temperaturevlažnog termometra sekundarne struje.Relativna vlažnost sekundarne struje zraka na izlazu iz hladnjaka je oko 95% uz malu promjenutemperature. Sadržaj vlage primarne struje x pri tom ostaje nepromijenjen.Proces ovlaživanja na strani sekundarne struje nije adijabatski zbog izmjene topline s primarnomstrujom kroz stijenke izmjenjivača topline (slika 7).

Ohlađenizrak

Ovlaženizrak

Zrak

Sabirnaposuda

Cirkulacijska pumpa

8

sasa

paaaexisa V

ttcVhhh

)( 21

0,

Slika 7. Indirektno evaporativno hlađenje – proces

Porast temperature vlažnog termometra sekundarnog zraka usljed ovlaživanja i izmjene topline sprimarnom strujom kroz stijenke izmjenjivača može se odrediti iz promjene entalpije:

[J/kg]

Budući se evaporativno hladi sekundarna struja zraka, a ne primarna, indirektno evaporativnohlađenje je učinkovito u skoro svim primjenama klimatizacije, neovisno o geografskoj lokaciji,odnosno klimatskim uvjetima.Kada se evaporativni hladnjak s posrednim ishlapljivanjem ugradi, gledano u smjeru strujanjazraka, ispred konvencionalnog hladnjaka s rashladnom vodom, smanjuje se osjetno opterećenjehladnjaka i rashladnog sustava. Time se, za postojeći sustav hlađenja i klimatizacije, možepovećati ukupna iskoristivost, budući se smanjuju energetske potrebe i pogonski troškovi.

1

2

0

ex

1

2

0

ex

9

sie tt

tt

,01

21

)( ,01, siepaaaiev ttcVQ

Kod ugradnje u novi sustav klimatizacije može se dimenzionirati manji rashladnik, čime se:(1) smanjuje nabavna cijena sustava(2) smanjuju pogonski troškovi i vršna snaga.

Indirektno evaporativno hlađenje može smanjiti i ukupno vrijeme trajanja pogona rashladneopreme tijekom godine, jer je u nekim periodima tijekom godine dovoljno samo evaporativnohlađenje.

Učinkovitost indirektnog evaporativnog hlađenja određuje se iz:

t1 – temperatura suhog termometra na ulazu primarnog zraka [ºC]t2 – temperatura suhog termometra na izlazu primarnog zraka [ºC]t0,s – temperatura vlažnog termometra na ulazu sekundarnog zraka [ºC]

Komercijalna oprema za indirektno evaporativno hlađenje nudi se na tržištu u rasponuučinkovitosti od 40 do 80%.

Učinak indirektnog evaporativnog hlađenja može se odrediti iz izraza:

[W]

Va – protok primarnog zraka kroz evaporativni hladnjak [m3/s]

Uobičajena brzina strujanja ohlađenog zraka kroz prolaze u uređaju je od 2 do 5 m/s. Važno jeograničiti brzinu strujanja sekundarnog (vlažnog) zraka zbog sprječavanja odnošenja kapljicavode (pojačani gubici vode).Učinkovitost evaporativnog hladnjaka s posrednim ishlapljivanjem se obično kreće od 60% pripadu tlaka na strani primarnog zraka oko 50 Pa, do 80% pri padu tlaka oko 250 Pa.Temeljni element hladnjaka je pločasti izmjenjivač topline s lamelama izrađenim od tanke PVCplastike i međusobno razmaknutim 2 do 3 mm. Toplinski otpor lamela vrlo je mali zbog njihovemale debljine (oko 0.25 mm), iako je toplinska vodljivost plastike niska.

10

Slika 8. Tipična izvedba indirektnog evaporativnog hladnjaka

Pad tlaka na strani dobavnog zraka u indirektnim evaporativnim hladnjacima se kreće od 50 do375 Pa, ovisno o brzinama strujanja u izmjenjivaču topline i razvodnim kanalima. Pad tlaka nastrani ovlaženog zraka se kreće od 125 do 250 Pa. Omjer volumenskih protoka primarnogohlađenog i sekundarnog ovlaženog zraka se mijenja u rasponu od 0.85 do 1.7. Taj omjer jeključni parametar koji utječe na pogonska svojstva i učinkovitost hladnjaka.Osnovni način regulacije rashladnog učinka indirektnog evaporativnog hladnjaka je promjenombrzine vrtnje ventilatora.

INDIREKTNO-DIREKTNO (DVOSTUPANJSKO) EVAPORATIVNO HLAĐENJE

U dvostupanjskom evaporativnom hladnjaku s posrednim i neposrednim ishlapljivanjem, uprvom stupnju se indirektnim evaporativnim hlađenjem smanjuju temperature suhog i vlažnogtermometra dobavnog zraka. Zatim dobavni zrak u drugom stupnju prolazi kroz direktnievaporativni hladnjak, gdje se dodatno hladi i ovlažuje.Kao primjer, dvostupanjski evaporativni hladnjak može vanjski zrak ulaznog stanja t=34°C iφ=32% dovesti na izlazno stanje t=19.5°C i φ=95%. U djelomičnom toplinskom opterećenjujedan od stupnjeva može se isključiti, prema potrebi.

Povratnizrak

Vanjskizrak

Sabirnicaza vodu

Ohlađeni

Pumpa

Pločastiizmjenjivač

topline

Odsisniventilator

Filtri

zrak

Izlaz

Usis Tlačniventilator

Sapniceza vodu

Ovlaženi zrak

Povratnizrak

Vanjskizrak

Sabirnicaza vodu

Ohlađeni

Pumpa

Pločastiizmjenjivač

topline

Odsisniventilator

Filtri

zrak

Izlaz

Usis Tlačniventilator

Sapniceza vodu

Ovlaženi zrak

11

Slika 9. Indirektno-direktno evaporativno hlađenje – princip

Slika 10. Indirektno-direktno evaporativno hlađenje – proces

Ohlađenizrak

Ovlaženizrak

Zrak

Indirektnievaporativni

hladnjak

Direktnievaporativni

hladnjak

3

1

2 3

1

2

12

Za suhi vanjski okoliš, indirektno-direktno evaporativno hlađenje se obično projektira za dobavu100% vanjskog zraka u klimatizirane prostore.Kao sekundarni zrak može se koristiti vanjski zrak ili povratni zrak iz građevine, ovisno o tomekoji ima nižu temperaturu vlažnog termometra. Vanjski zrak je uglavnom lakše ohladiti, a uslučajevima kada je izlaz istrošenog zraka previše udaljen od mjesta pripreme zraka, vanjski zrakje i jedini izbor. Ako se istrošeni zrak iz zgrade može iskoristiti, time se dobiva mogućnostpovrata topline tijekom hladnog vremena.

Elementi sustava kojima se može upravljati uključuju:• Zaklopke za promjenu omjera miješanja vanjskog i optočnog zraka• Sekundarne ventilatore i recirkulacijske pumpe u stupnju indirektnog evaporativnog hlađenja• Recirkulacijske pumpe u stupnju direktnog evaporativnog hlađenja• Čelne i obilazne zaklopke u kanalima u stupnju indirektnog evaporativnog hlađenja• Protok rashladne vode ili radne tvari u stupnju konvencionalnog hlađenja• Pojedine distributere ili cijeli sustav s promjenom protoka zraka pomoću VAV ventila, zakretanje lopatica ventilatora ili varijatore brzine vrtnje ventilatora.

U usporedbi s jednostupanjskim indirektnim evaporativnom hladnjakom, dvostupanjskiindirektno-direktni evaporativni hladnjak dodatno smanjuje temperaturu zraka u prostoru. Većarelativna vlažnost ohlađenog dobavnog zraka je uglavnom prihvatljiva kada dobavni zrakpreuzima osjetno toplinsko opterećenje prostora i održava željenu relativnu vlažnost u prostorutijekom ljetnih vrućina.

U područjima s visokom projektnom temperaturom vlažnog termometra, odnosno gdje proračuntraži nižu temperaturu dobavnog zraka bude nego što je ostvarivo korištenjem indirektno-direktnog evaporativnog hlađenja, može se ugraditi i treći stupanj hlađenja. Taj stupanj može bitihladnjak s direktnom ekspanzijom ili hladnjak s rashladnom vodom. Taj hladnjak može bitipostavljen ispred ili iza direktnog evaporativnog hladnjaka, ali uvijek iza indirektnogevaporativnog hladnjaka (gledano u smjeru strujanja zraka).

Slika 11. Dvostupanjsko evaporativno hlađenje s dodatnim hladnjakom - princip

ZRAK

OPTOČNI ZRAK

VANJSKI

IZLAZ OVLAŽENOG ZRAKA

EVAPORATIVNI HLADNJAK

S INDIREKTNIM ISHLAPLJIV.

DOBAVNI ZRAKU PROSTOR

EVAPORATIVNI HLADNJAK S DIREKTNIMISHLAPLJIV.

HLADNJAK

ZRAK

OPTOČNI ZRAK

VANJSKI

IZLAZ OVLAŽENOG ZRAKA

EVAPORATIVNI HLADNJAK

S INDIREKTNIM ISHLAPLJIV.

DOBAVNI ZRAKU PROSTOR

EVAPORATIVNI HLADNJAK S DIREKTNIMISHLAPLJIV.

HLADNJAK

13

Slika 12. Dvostupanjsko evaporativno hlađenje s dodatnim hladnjakom - proces

Prednosti rashladnog sustava s dvostupanjskim direktno-indirektnim evaporativnim hladnjakomsu sljedeće:• evaporativno hlađenje zamjenjuje sav potreban rashladni učinak i održava unutarnji okoliš ugranicama toplinske ugodnosti ljeti (prema ASHRAE) ako je stanje vanjskog zraka odgovarajuće.• koristi se više vanjskog zraka za ventilaciju čime se poboljšava kvaliteta unutarnjeg zraka.• u sezoni grijanja moguća je bolja regulacija relativne vlažnosti unutarnjih prostora koja tadamože biti vrlo niska.

Učinkovitost indirektnog evaporativnog hladnjaka je oko 60%, a učinkovitost zasićenja direktnogevaporativnog hladnjaka je oko 90%.

PRIMJENA EVAPORATIVNOG HLAĐENJA

Priprema vode. Učinkovita kemijska priprema i program biocida za rashladne tornjeve nijeuvijek pogodan za evaporativne hladnjake. Direktni evaporativni hladnjaci i rashladni tornjevi se

3

1

2

4

3

1

2

4

14

značajno razlikuju po tome što su evaporativni hladnjaci u dodiru sa strujom dobavnog zraka.Mora se uzeti u obzir učinak koji biocidi mogu imati na evaporativni medij (kod direktnih iindirektnih sustava), kao i potencijalna agresivna i/ili štetna ishlapljenja.Najbolje je da postupak predpripreme dobavne vode kemikalijama propiše stručnjak specijalist.Kao alternativa standardnoj pripremi vode kemijskim biocidima koriste se sustavi za proizvodnjuozona.

Održavanje. Nužan je redovit pregled i čišćenje sabirnih posuda za vodu. Posude treba dobrozabrtviti kako bi se izbjeglo curenje vode. Uz postupke pripreme vode, važan je postupakodmuljivanja za ispravan rad uređaja. Količina vode koja se ispusti odmuljivanjem ne smije bitiveća od količine ishlapljene vode. Povećanje u potrošnji vode uz odmuljivanje kreće se obično urasponu 10% do 50%.

Kamenac. S uređaja koji imaju izmjenjivače topline s površinama koje se potpuno ovlažuju ikoje su načinjene od materijala otpornog na djelovanje kemikalija za čišćenje, kamenac se možeuklanjati periodički primjenom komercijalnih sredstava za uklanjanje kamenca i ispiranjemčistom vodom.

Zaštita od smrzavanja. U hladnijim klimatskim poručjima, evaporativni se hladnjaci morajuzaštititi od smrzavanja. To se uglavnom radi sezonski jednostavnim ispuštanjem tekućine izhladnjaka i dobavnog cjevovoda za vodu pomoću solenoidnih ventila. Taj postupak čestopokreću osjetnici temperature vanjskog zraka.

Legionarska bolest. Legionarskom bolešću osoba se može zaraziti udisanjem vodenog aerosola(čestice 1 do 5 µm u promjeru) u donji dio dišnog sustava koji sadrži dovoljnu količinu bakterijaLegionella pneumophila. Evaporativni hladnjaci ne pružaju uvjete pogodne za razvoj te bakterijei uglavnom ne otpuštaju aerosol.

Hlađenje zraka. Evaporativno hlađenje može se koristiti u skoro svim klimatskim područjima.Staro iskustveno pravilo u SAD kaže kako se evaporativno hlađenje može učinkovito primjeniti upodručju gdje je srednja podnevna relativna vlažnost u srpnju do 40%. U novijoj literaturi granicakorištenja je projektna temperatura vlažnog termometra od 24°C. Navedene vrijednostiprvenstveno vrijede za direktne evaporativne hladnjake.Temperatura vlažnog termometra ulazne struje zraka ograničava direktno evaporativno hlađenje.Temperatura vlažnog termometra sekundarne struje zraka ograničava indirektno evaporativnohlađenje. Stoga u nekim klimatskim područjima može postojati potreba za dodatnimkonvencionalnim hlađenjem tijekom dijela godine.U usporedbi s pogonskim troškovima samo konvencionalnog hlađenja, direktno evaporativnohlađenje uz dodatno konvencionalno hlađenje smanjuje pogonske troškove za 25 do 40%.Indirektno evaporativno hlađenje može uštedjeti čak 60 do 75% ukupnih troškova pogona samokonvencionalnog hlađenja uz ostvarivanje istog rashladnog učinka.

Ovlaživanje. Na tri načina:(1) upotrebom recirkulirajuće vode za ovlaživanje bez prethodne pripreme zraka(2) predgrijavanjem zraka i upotrebom recirkulirajuće vode za ovlaživanje(3) zagrijavanjem recirkulirajuće vode za ovlaživanje.

15

Na izlazu iz evaporativnog hladnjaka koji se u sezoni grijanja koristi kao ovlaživač, zrak će imatiznatnu zasićenost vlagom tijekom rada uređaja. Razlika između temperatura suhog i vlažnogtermometra na izlazu zraka može biti manja od 1°C.U uređaj za ovlaživanje s neposrednim ishlapljivanjem, zrak ne bi smio ulaziti s temperaturomsuhog termometra nižom od +4°C; u suprotnom je znatno povećan rizik od smrzavanja.

Pranje zraka. Sve vrste evaporativnih hladnjaka s neposrednim ishlapljivanjem baremdjelomično vrše “pranje” zraka. Direktni evaporativni hladnjaci s čvrstim stijenkama efikasnouklanjaju čestice veličine od 1 µm. Uređaji za pranje zraka uklanjaju čestice veličine od 10 µm.Direktni evaporativni hladnjaci vrše funkciju škropnih prečistača i djelomično uklanjaju plinovitezagađivače iz vanjskog zraka.

Projektni uvjeti. Pogonska svojstva evaporativnih hladnjaka više ovise o temperaturi vlažnogtermometra zraka, pa se stoga preporučuje da se kao vanjski projektni uvjet uzme projektnatemperatura vlažnog termometra vanjskog zraka (1% ili 0.4% WB/MDB prema ASHRAE).Broj izmjena zraka na sat u prostoru ovisi o izlaznoj temperaturi zraka iz sustava evaporativnoghlađenja. Za izlazne temperature do 22°C broj izmjena je od 10 h-1 do 15 h-1, a za izlaznetemperature od 25°C broj izmjena raste od 30 h-1 do 60 h-1.Potrošnja vode sustava ovisi o klimatskim uvjetima. U toploj i suhoj klimi (Tucson, Arizona)centralna jedinica s evaporativnim hlađenjem kapaciteta 7600 m3/h troši oko 0,8 m3 vode dnevno.Ukupni zahtjevi za konvencionalnim hlađenjem mogu se korištenjem evaporativnog hlađenjasmanjiti za 40 do 85% godišnje ovisno o geografskoj lokaciji, konfiguraciji sustava ikarakteristikama toplinskog opterećenja.

Razmatranja glede stanja vanjskog zraka:• iskoristivost direktnog i indirektnog evaporativnog hlađenja ovisi o termodinamičkom stanjuulaznog zraka.• u slučajevima kada se vanjski zrak koristi za direktno evaporativno hlađenje, na projekt znatnoutječu prevladavajuće lokalne temperature suhog i vlažnog termometra vanjskog zraka, kao inamjena sustava.• u slučajevima kada se optočni zrak koristi kao sekundarni zrak za indirektno evaporativnohlađenje, na projekt manje utječu lokalni vanjski vremenski uvjeti, što evaporativno hlađenje činiprimjenjivim u toplom i vlažnom vanjskom okolišu.

Primjer povrata topline s indirektnim evaporativnim hlađenjem postavljanjem dvaju pločastihizmjenjivača jedan iza drugog s raspršivanjem vode na strani povratnog zraka u ljetnom režimuprikazan je na slici 13.U ljetnom režimu s evaporativnim hlađenjem moguće je postići stupanj povrata topline Φ2 90%, a u ljetnom režimu bez evaporativnog hlađenja i u zimskom režimu Φ2 75%.

16

Slika 13. Klima jedinica s indirektnim evaporativnim hlađenjem i povratom topline

Proračunski primjer:Potrebno je proračunati evaporativni hladnjak s indirektnim ishlapljivanjem za jednokatnuposlovnu zgradu veličine 15 x 24.4 m, visinom stropa 3 m i ravnim krovom. Za proračunskevanjske uvjete se uzima temperatura 35°C suhog i 18.3°C vlažnog termometra. Sljedeći toplinskidobici se moraju uzeti u proračunu:(1) ukupno osjetno toplinsko opterećenje 48.1 kW(2) ukupno latentno toplinsko opterećenje 6.2 kWOdredite potrebnu količinu zraka, temperaturu i sadržaj vlage na izlazu iz hladnjaka (dobavnizrak za prostoriju) i sadržaj vlage zraka na izlazu iz prostorije. Pretpostavljena temperaturnarazlika između temperature u prostoriji i temperature dobavnog zraka je 5°C, a iskoristivostuređaja je 80%.

Rješenje:

= 48.1/(1.2x5)= 8.0 m3/s=28800 m3/h

= 35 - 0.8(35 - 18.3)= 21.6 °C

- iz h,x dijagrama: xa1=11.85 gw/kgsz

= 11.85 + 6.2/(3x8)= 12.11 g/kg

POVRAT

DOBAVA

VANJSKI

ISTROŠENI

ACp

sAC tc

qV

max,

)( *112 saIEaa tttt

AC

lar Vr

qxx

0

max,

17

Kombinacijom sorpcijskog sušenja i evaporativnog hlađenja moguće je ostvariti vrlo niskutemperaturu i sadržaj vlage dobavnog zraka bez korištenja konvencionalnog rashladnog sustava.

Slika 14. Sorpcijsko sušenje s povratom topline i direktnim evaporativnim hlađenjem

Slika 15. Proces pripreme zraka za raspored elemenata sustava prema slici 14

21 3 4

3

12

4

3

12

4

18

Prednosti ovakvog sustava su:- nekorištenje konvencionalnog rashladnika vode za dobivanje rashladnog učinka- mogućnost povezivanja solarnog sustava za grijanje tople vode za potrebe izmjenjivača toplineza regeneraciju zraka.

Nedostaci su:- potrošnja vode- složena regulacija- ograničen rashladni učinak (granica procesa je linija zasićenja φ=1 u h,x dijagramu).

U uvjetima tople i vlažne klime u ljetnom razdoblju evaporativni hladnjak može se povezati sdizalicom topline. Povezivanje indirektnog evaporativnog hladnjaka sa povratnim zrakom kaosekundarnom strujom i dizalice topline prikazano je na slici 16. Prikazano postrojenje izvedeno jeu Adelaidu, Australija i pogonski parametri su mjereni na građevini u razdoblju od 2 godine uzdobavu 100% vanjskog zraka.Ostvarena energetska ušteda sustava u usporedbi s konvencionalnim rashladnikom je oko 30%.

Slika 16. Klima jedinica s indirektnim evaporativnim hlađenjem i dizalicom topline

Osnovni element indirektnog evaporativnog hladnjaka je polimerni pločasti izmjenjivač topline(eng. PPHE), prikazan na slici 17. Proces pripreme zraka na strani primarne i sekundarne strujeprikazan je na slici 18.

VODA

DOBAVNIZRAK

POVRATNIZRAK

ISTROŠENI ZRAK

IZ GRAĐEVINE

KONDICION. PROSTOR

PARNIOVLAŽIVAČ

DOBAVNI ZRAKU GRAĐEVINU

REŽIM HLAĐENJA- KONDENZATOR

REŽIM HLAĐENJA- ISPARIVAČ

19

Slika 17. Polimerni pločasti izmjenjivač

Slika 18. Proces pripreme zraka za klima jedinicu prema slici 16

E

CDF

A

B

E

CDF

A

B

VODA

SEKUNDARNIZRAK

PRIMARNIZRAK

20

Primjer slobodnog hlađenja pomoću rashladnog tornja međuspajanjem cjevovoda prikazan je naslici 19.

Slika 19. Sustav hlađenja s rashladnikom vode i rashladnim tornjem

Korištenjem rashladnog tornja za slobodno hlađenje tijekom smanjenog toplinskog opterećenjai/ili smanjenih zahtjeva na ugodnost u prostoru može se značajno smanjiti potrošnja energijerashladnog sustava.U određenim uvjetima, temperatura vode može biti čak dovoljno niska da potpuno preuzmetoplinsko opterećenje prostora, tako da se rashladnik može isključiti.Visoka iskoristivost slobodnog hlađenja ostvaruje se kada pad vanjske temperature smanjujepotrebu za odvlaživanjem. Stoga se tijekom razdoblja slobodnog hlađenja mogu dozvoliti višetemperature u krugu rashladne vode, što je povoljno za ogrijevnu i rashladnu bilancu sustava. Urežimu slobodnog hlađenja, rashladnoj se vodi dozvoljava porast temperature polaza suobičajenih 5 do 7°C na 13°C ili više.Glavni nedostatak sustava slobodnog hlađenja je što se dozvoljava da “prljava” kondenzatorskavoda zagadi “čistu” rashladnu vodu cirkulacijskog kruga rashladnika usljed njihova miješanja.Korištenjem rashladnih tornjeva sa zatvorenim cirkulacijskim krugom (indirektna izmjena)uklanja se problem onečišćenja.

Rashladni toranj

Ko

nd

en

zato

r

Isp

ari

vač

Tro

šil

o

Ko

mp

res

or

Filtar za puni protok

(opcija)

(opcija) Filtar posude

(opcija)

Grijačposude

Rashladni toranj

Ko

nd

en

zato

r

Isp

ari

vač

Tro

šil

o

Ko

mp

res

or

Filtar za puni protok

(opcija)

(opcija) Filtar posude

(opcija)

Grijačposude